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mmWave 대역에서의 Compenent 측정
mmWave 대역의 연구 분야에서는 해당 대역을 지원하는 Component 개발을 위한 측정의 요구가 꾸준히 있어 왔습니다. 다만, 이를 위해서는 High-end 벡터 네트워크 분석기에 주파수를 확장할 수 있는 별도 장치(Frequency Converter)의 연동이 필요하기 때문에, 과거에는 이러한 주파수 확장에 따른 측정 방식이 최적화되지 않아 셋업을 위한 작업 난이도 및 비용이 높고 또 복잡했습니다.
그러나 최근 mmWave 대역에 대한 시장이 빠르게 발전함으로써, 이러한 고주파를 지원하는 다양한 Component의 개발부터 생산 단계까지 조금 더 범용적으로 활용할 수 있는 측정 방식의 필요성이 증가하였습니다. 실 예로 새로운 5G , 6G 통신 대역과 차량용 레이더 관련 분야에서는 이미 E-Band, D-Band의 mmWave 대역을 사용하는 사례가 증가하고 있습니다. 이에 따라 로데슈바르즈에서는 보다 간단하고 효율적인 mmWave 대역에서의 Component 측정 솔루션을 제공하고 있으며, 이러한 솔루션을 통해 어떻게 정확한 측정이 가능한지에 대한 측정 기술 및 방법을 소개합니다.
Frequency Converter를 이용한 측정 원리
일반적으로 RF Compornent 측정을 위해서는 벡터 네트워크 분석기를 사용합니다. 그러나 벡터 네트워크 분석기 단일 모델로는 최대 67GHz 까지 측정 주파수 범위를 제공하기 때문에 mmWave 대역을 측정하기 위해서는 Frequency Converter 라는 별도의 장치와의 연동이 필요합니다. Frequency Converter는 원하는 mmWave 대역으로 신호를 출력하고, 측정까지 할 수 있게 만들어주는 핵심적인 역할을 한다고 볼 수 있습니다.
Frequency Converter는 mmWave 대역을 지원하는 Component를 측정하기 위해, 벡터 네트워크 분석기로 부터 전달 받은 출력 신호의 체배 주파수를 이용하여, 원하는 주파수 대역의 신호로 변환 출력하게 되며, 반대로 DUT로 부터 반사나 전송되어 Frequency Converter로 인가된 신호는 별도 내부 Mixer를 통해, 벡터 네트워크 분석기가 측정 가능한 주파수 대역으로 하향 변환을 합니다.
따라서 Frequecy Converter는 원하는 mmWave 대역의 주파수 신호를 생성하고, 주파수를 하향 변환하여 측정하기까지 위해 이미 계산되어 정해진 체배를 활용하기 때문에, 벡터 네트워크 분석기로부터 제공받는 RF, LO 신호의 주파수와 레벨 기준 또한 정해져있습니다. 따라서 각 모델 별 지원 주파수 및 동작 방식의 기준에 따라 해당 스펙은 상이할 수 있으며, 각 Frequency Converter 모델의 스펙을 필수로 확인하여 벡터 네트워크 분석기로 부터 알맞은 RF, LO신호를 인가하는 것이, mmWave 대역에서의 정확한 측정과 더불어 Frequcny Converter의 물리적 손상을 방지할 수 있는 방법입니다.
위 (그림 1)은 330GHz 대역 측정이 가능한 R&S ZC330 Frequency Converter 모델의 Block Diagram이며, 신호의 출력과 측정에 대한 간단한 예시를 확인할 수 있습니다. Frequency Converter를 사용함에도, Component의 반사 및 전송특성을 S-parameter 형태로 측정할 수 있는 이유는, 그림과 같이 출력 신호(REF)와 측정 신호(MEAS)를 동시에 측정할 수 있도록 내부 Coupler가 구성이 되어있기 때문이며, 이는 일반적인 벡터 네트워크 분석기의 내부 Port 구성과 동일한 방식을 사용하고 있습니다.
R&S 에서는 아래와 같이 주파수에 따라 50GHz 부터 최대 1.1THz 까지 측정할 수 있는 Frequcny Converter 모델을 제공하고 있으며, 필요에 따라 알맞은 제품을 선택하여 사용할 수 있도록 맞춤 솔루션을 제공하고 있습니다.
벡터 네트워크 분석기와 Frequency Converter의 연동 방법
R&S 벡터 네트워크 분석기 ZNA 모델을 이용할 경우, Frequency Converter에 인가되어야 하는 LO, RF 신호는 위 (그림 3)과 같이 연동할 벡터 네트워크 분석기에서 제공되며, Frequency Converter에서의 출력 신호(REF)와 측정 신호(MEAS)또한 각 REF Out, MEAS Out를 통해 벡터 네트워크 분석기의 Direct Access Port로 바로 인가할 수 있습니다.
따라서, mmWave 대역의 Component 측정을 위해서 Frequency Converter 외의 별도 구성이 필요 없으며, 벡터 네트워크 분석기에서 몇가지 옵션을 추가하여 간편하게 측정할 수 있습니다. 또한 벡터 네트워크 분석기가 4 Port 모델일 경우, 4대의 Frequency Converter를 한 대의 벡터 네트워크 분석기에 연동하여 사용할 수 있으며, 안전한 연동 및 설정을 위해 (그림 3)좌측 상단과 같이 ZNA모델의 펌웨어에서 Frequency Converter 연동을 위한 전용 UI를 사용할 수 있습니다.
해당 화면에서는 Frequcy Converter의 모델명만 선택하면, 해당 모델에 알맞은 주파수와 레벨의 LO, RF 신호가 자동으로 설정됩니다. 따라서, 간단하게 벡터 네트워크 분석기와 Frequency Converter를 연동할 수 있으며, 그 밖에 DUT에 따라 Waveguide Calibration, Power Calibration을 위한 Leveling Tool 등 다양한 기능을 활용할 수 있습니다.
작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀
이메일 : sales.korea@rohde-schwarz.com
출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223153190679
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